JP2007304074A - 液化ガス液面センサー素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属からなる線状導体の表面全体または一部に、マグネシウムとホウ素を含む化合物が長手方向に連続的に配設されており、液面計測時にその化合物の液浸漬部が超電導状態となっていることを特徴とする、液化ガス液面センサー素子。
【選択図】図4
Description
X=1、かつ、Y=1.2〜1.9もしくは2.1〜2.8
または、
Y=2、かつ、X=0.4〜0.9もしくは1.1〜1.8
このように調整することにより、液化水素の液面レベルを精度よく測定するために臨界温度を好ましい領域に調整することが出来る。好ましい臨界温度は21K〜31Kの範囲内である。これは、正確な計測を行うには、常電導を示す部分と超電導を示す部分との境界が明確なことが液面レベルの測定精度の点で好適であるためである。臨界温度を21〜31Kに調整するために、マグネシウムとホウ素を含むMgB超電導層には第3の元素を加えることができる。たとえば、シリコン、カーボンを加えることにより、臨界温度を好ましい領域に調整することができる。これにより、水素など沸点が21K付近の液化ガスに対して精度の良い液面レベルの計測が可能になる。また、上記の組成比に限らず、電気メッキにおける熱処理温度や熱処理時間、あるいは熱処理雰囲気を調整して、MgB超電導層の臨界温度を21K〜31Kの範囲内に変化させることができる。
電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムをモル比10:5:5:0.1で含む混合塩を調整した。混合塩を不活性ガス(Ar)雰囲気下で600℃に加熱し溶融塩とした。攪拌により均質に保たれた溶融塩に直径0.1mm程度の鉄線と直径1mm程度のグラファイト棒を挿入した。鉄線およびグラファイト棒をそれぞれ直流電源の陰極および陽極に接続し、両極間に3.5〜4Vの直流電圧を印加、10分間保持することにより、溶融塩に浸漬した鉄線表面はMgB2を含む膜厚0.01mm程度の皮膜で被覆された。鉄線を溶融塩から取り出し、室温まで冷却した後、メタノールにて洗浄した。得られたセンサー素子線の断面を光学顕微鏡により観察したところ、金属芯の表面全体にMgB2の薄膜が形成されていた。金属芯とMgB2の薄膜を合わせた線径を見積もった結果、0.11mmであった。このうち、金属芯の線径は約0.09mmであった。図5に作製した液化ガス液面センサー素子の電気抵抗の温度依存性を示す。作製した液化ガス液面センサー素子の電気抵抗は、温度300Kのとき2.7Ω、温度40Kのとき2.2Ωであった。温度300Kと40Kでの電気抵抗の変化比率を算出すると、1-(2.2×10-3/2.7×10-3)=0.186であり、常電導状態における電気抵抗の温度依存性が少なく、液化ガス液面センサー素子として良好な電気抵抗特性を有することが確認された。零磁場の条件下で、センサー素子の両端部から1mAの電流を掃引したまま電気抵抗を測定した。超電導へ遷移する温度は、29.9Kであった。
<実施例2>
線径が0.09〜0.10mmのインコネル線を金属芯として使用し、線径が0.13mmとなるようにMgB超電導層の膜厚を調整したこと以外は、実施例1と同様の電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。作製された液化ガス液面センサー素子に関し、液面レベルの測定のための最適電流を把握するため、気体中にある液化ガス液面センサー素子の長さを一定にして電流を変化させながら電流と電気抵抗の関係を調査した。MgB超電導層の厚みを増大させると、非超電導部の抵抗値が小さくなる。液面レベルを精度よく計測するには、抵抗が減少した分、センサー素子に供給する電流を増やすのが好適である。本実施例のサンプルでは、センサー素子を焼損することなく、最適電流値が求められ、液面レベルを計測することができた。
<実施例3>
MgB超電導層の膜厚を調整して、線径を0.20mmとしたこと以外は、実施例2と同様の操作を行った。本実施例のサンプルでも、センサー素子を焼損することなく、最適電流値が求められ、それにより液面レベルを計測することができた。
<比較例1>
MgB超電導層の膜厚を調整して、線径を0.31mmとしたこと以外は、実施例2と同様の操作を行った。本比較例のサンプルでは、最適電流を求める段階で、過剰電流を流す必要が生じ、線材が焼損する問題が発生した。これは、供給する電流とセンサー素子線の抵抗によるジュール発熱が原因と推察される。この結果から、線径が0.31mmでは、液化ガス液面センサー素子として使用することはできないと言える。
<比較例2>
MgB超電導層の膜厚を調整して、線径を0.53mmとしたこと以外は、実施例2と同様の操作を行った。本比較例のサンプルでは、最適電流を求める段階で、過剰電流を流す必要が生じ、線材が焼損する問題が発生した。これは、供給する電流とセンサー素子線の抵抗によるジュール発熱が原因と推察される。この結果から、線径が0.53mmでは、液化ガス液面センサー素子として使用することはできないと言える。
線径0.10mmのインコネル線を用い、MgB超電導層の膜厚が0.03mmとなるように電気メッキの条件を調整し、これ以外の条件は実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。作製された液化ガス液面センサー素子の応答速度を以下のようにして評価した。液化ガス液面センサー素子を液体水素が充填されたガラスデュワーに入れ、センサー素子による計測と目視による計測を同時に行った。正確な液面を把握するため、ガラスデュワーにスリットを設け、そこから目視することで基準高さとした。目視の精度は、約0.5mmとした。本実施例の液化ガス液面センサー素子では、基準の液面に相当する測定値に達するまでの時間遅れが10秒以内であった。
<実施例5>
線径0.14mmのインコネル線を用い、MgB超電導層の膜厚が0.03mmとなるように電気メッキの条件を調整し、これ以外の条件は実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。作製された液化ガス液面センサー素子の応答速度は実施例4と同様にして評価した。本実施例の液化ガス液面センサー素子でも、基準の液面に相当する測定値に達するまでの時間遅れが10秒以内であった。
<実施例6>
線径0.31mmのインコネル線を用い、MgB超電導層の膜厚が0.03mmとなるように電気メッキの条件を調整し、これ以外の条件は実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。作製された液化ガス液面センサー素子の応答速度は実施例4と同様にして評価した。本実施例の液化ガス液面センサー素子でも、基準の液面に相当する測定値に達するまでの時間遅れが16秒であった
<実施例7>
線径0.60mmのインコネル線を用い、MgB超電導層の膜厚が0.03mmとなるように電気メッキの条件を調整し、これ以外の条件は実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。作製された液化ガス液面センサー素子の応答速度は実施例4と同様にして評価した。本比較例の液化ガス液面センサー素子では、基準の液面に相当する測定値に達するまでの時間遅れが22秒であった。
<実施例8>
金属芯を、線径が0.10mmのハステロイとし、金属芯表面に配設されるMgB超電導層の電気抵抗率が、金属芯の電気抵抗率の5倍となるように電気メッキ条件を調整したこと以外は、実施例1と同様に電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。なお、ハステロイ線の電気抵抗率は温度300Kのとき約121μΩ・cm、温度40Kのとき約120μΩ・cmである。図6の線16に、本実施例にて作製された液化ガス液面センサー素子の電気抵抗率の温度依存性を示す。常電導部分での電気抵抗率の温度依存性が小さくなり、センサー素子の液面上の長さと抵抗値の間にはほぼ完全な線形関係が保たれ、極めて高い精度で液面レベルを計測することができた。
<実施例9>
金属芯表面に配設されるMgB超電導層の電気抵抗率が、金属芯の電気抵抗率の10倍となるように電気メッキ条件を調整したこと以外は、実施例6と同様に電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。本実施例にて作製された液化ガス液面センサー素子の電気抵抗率の温度依存性は、図6の線16に一致した。
<実施例10>
金属芯表面に配設されるMgB超電導層の電気抵抗率が、金属芯の電気抵抗率の100倍となるように電気メッキ条件を調整したこと以外は、実施例6と同様に電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。本実施例にて作製された液化ガス液面センサー素子の電気抵抗率の温度依存性は、図6の線16に一致した。
<実施例11>
金属芯表面に配設されるMgB超電導層の電気抵抗率が、金属芯の電気抵抗率と等しくなるように電気メッキ条件を調整したこと以外は、実施例6と同様に電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。本実施例にて作製された液化ガス液面センサー素子の電気抵抗率の温度依存性は、図6の線14のようになった。これは、常電導時に金属芯だけでなく、MgB超電導層にも電流が分流したことによるものであり、電気抵抗率の温度依存性が大きく、液面レベルの計測は可能であるが、精度の低い液面レベルの計測となった。
<実施例12>
金属芯表面に配設されるMgB超電導層の電気抵抗率が、金属芯の電気抵抗率の3倍となるように電気メッキ条件を調整したこと以外は、実施例6と同様に電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。本実施例にて作製された液化ガス液面センサー素子の電気抵抗率の温度依存性は、図6の線15のようになった。これは、常電導時に金属芯だけでなく、MgB超電導層にも電流が分流したことによるものであり、電気抵抗率の温度依存性が大きく、液面レベルの計測は可能であるが、精度の低い液面レベルの計測となった。
<実施例13>
金属芯として線径が0.10〜0.12mmのインコネル線を用い、MgB超電導層の膜厚が0.05mm程度となるように電気メッキ条件を調整したこと以外は、実施例1と同様の条件で電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。温度300Kと40Kの電気抵抗率を測定したところ、300Kの電気抵抗率は140Ω・cm、40Kの電気抵抗率は130Ω・cmだった。これらの値から1-(ρ(40K)/ρ(300K))=0.07と算出された。作製されたセンサー素子を液体水素が充填されたガラスデュワーに入れ、10秒後の液面高さの目視による計測値とセンサー素子の計測値を比較したところ、センサー素子の計測値と実測の液面レベルとの誤差は3%以下であった。
<実施例14>
金属芯として線径が0.10〜0.12mmのハステロイ線を用いたこと以外は、実施例13と同様の条件で電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製し、同様の評価を行った。温度300Kと40Kの電気抵抗率を測定したところ、300Kの電気抵抗率は121Ω・cm、40Kの電気抵抗率は120Ω・cmだった。これらの値から1-(ρ(40K)/ρ(300K))=0.01と算出された。実測の液面レベルとの誤差は3%以下であった。
<実施例15>
金属芯として線径が0.10〜0.12mmのSUS304線を用いたこと以外は、実施例13と同様の条件で電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製し、同様の評価を行った。温度300Kと40Kの電気抵抗率を測定したところ、300Kの電気抵抗率は72Ω・cm、40Kの電気抵抗率は50Ω・cmだった。これらの値から1-(ρ(40K)/ρ(300K))=0.31と算出された。実測の液面レベルとの誤差は3%以下であった。
<実施例16>
金属芯として線径が0.10〜0.12mmのSUS310線を用いたこと以外は、実施例13と同様の条件で電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製し、同様の評価を行った。温度300Kと40Kの電気抵抗率を測定したところ、300Kの電気抵抗率は90Ω・cm、40Kの電気抵抗率は70Ω・cmだった。これらの値から1-(ρ(40K)/ρ(300K))=0.22と算出された。実測の液面レベルとの誤差は3%以下であった。
<実施例17>
金属芯として線径が0.10〜0.12mmの銅線を用いたこと以外は、実施例13と同様の条件で電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製し、同様の評価を行った。温度300Kと40Kの電気抵抗率を測定したところ、300Kの電気抵抗率は1.7Ω・cm、40Kの電気抵抗率は0.03Ω・cmだった。これらの値から1-(ρ(40K)/ρ(300K))=0.57と算出された。実測の液面レベルとの誤差は24%であった。
<実施例18>
金属芯として線径が0.10〜0.12mmの銀線を用いたこと以外は、実施例13と同様の条件で電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製し、同様の評価を行った。温度300Kと40Kの電気抵抗率を測定したところ、300Kの電気抵抗率は1.6Ω・cm、40Kの電気抵抗率は0.05Ω・cmだった。これらの値から1-(ρ(40K)/ρ(300K))=0.68と算出された。実測の液面レベルとの誤差は29%であった。
<実施例19>
金属芯として線径が0.10〜0.12mmの白金線を用いたこと以外は、実施例13と同様の条件で電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製し、同様の評価を行った。温度300Kと40Kの電気抵抗率を測定したところ、300Kの電気抵抗率は11Ω・cm、40Kの電気抵抗率は1.7Ω・cm以下だった。これらの値から1-(ρ(40K)/ρ(300K))=0.85と算出された。実測の液面レベルとの誤差は35%であった。
<実施例20>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は21Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の8%だった。
<実施例21>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.5になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は25Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の10%だった。
<実施例22>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.7になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は28Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の11%だった。
<実施例23>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.9になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は30Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の14%だった。
<実施例24>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:2.0になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は38Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の30%だった。
<実施例25>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:2.1になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は31Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の12%だった。
<実施例26>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:2.5になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は26Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の11%だった。
<実施例27>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:2.8になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は21Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の7%だった。
<実施例28>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが0.4:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は21Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の5%だった。
<実施例29>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが0.7:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は27Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の10%だった。
<実施例30>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが0.9:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は31Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の12%だった。
<実施例31>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.1:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は30Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の14%だった。
<実施例32>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.4:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は26Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の10%だった。
<実施例33>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.6:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は24Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の10%だった。
<実施例34>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.8:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は22Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の8%だった。
<比較例3>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:0.8になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は19Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
<比較例4>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.0になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は20Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
<比較例5>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:2.9になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は19Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
<比較例6>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが0.3:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は19Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
<比較例7>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.9:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は20Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
<比較例8>
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが2.0:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、実施例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は15Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
X=1、かつ、Y=1.2〜1.9もしくは2.1〜2.8
Y=2、かつ、X=0.4〜0.9もしくは1.1〜1.8
とすることにより、より精度の高い液面レベルの計測が可能になることがわかった。
線径が0.08mmのインコネル線を金属芯として使用し、MgB超電導層(MgB2)の膜厚を0.05mとしたこと以外は実施例1と同様の条件で電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。液体状に溶かしたエポキシ系樹脂(スタイキャスト2850FT (株)ジェック東理社製)に作製した液化ガス液面センサー素子を挿入し、真空中で含浸処理を行った。そして、含浸補強したセンサー素子に電流リード線、電圧リード線を取り付けた。
ここでは、含浸したセンサー素子に取り付けたリード線に1kg重の張力を意図的に加え、センサー素子の動作確認を行った。含浸したセンサー素子を10サンプル作製し、動作を確認した結果、含浸補強したセンサー素子は断線や性能劣化が生じなかった。
<実施例36>
実施例35と同様にして作製した液化ガス液面センサー素子を、樹脂に挿入せずに、実施例35と同様の評価を行った。その結果、断線が2サンプル、性能劣化が6サンプルに発生した。
<実施例37>
実施例35と同様にして作製した液化ガス液面センサー素子に関し、経年による応答速度の変化を調べた。その結果、樹脂に挿入した場合には、作製後2年間経過しても性能劣化が全くないことがわかった。
<実施例38>
実施例35と同様にして作製した液化ガス液面センサー素子を、樹脂に挿入せずに、実施例37と同様の評価を行った。その結果、作製後30日で応答速度が2%、90日で3%、1年で5%低下することがわかった。
<実施例39>
図7に本実施例における同軸状液化ガス液面センサー素子を用いた液化ガスの液面計測システムを示す。本実施例では液化ガス液面センサー素子の下端部は短絡されており、図8に示すような円柱単層構造の液化ガス液面センサー素子である。容器内の液化ガス22の液面と垂直に多層構造のセンサー素子を挿入し、直流電流源18から適当な電流を流し、その電気抵抗から液面レベル23を計測した。基本特性は図1に示す構成のセンサー素子と変わらないが、センサー素子下端部からの電流リード線20や電圧リード線21の引き回しがなくなり、配線が簡素化された。また、センサー素子下端から上端へ引き上げる際に断線する確率も激減した。
<実施例40>
燃料電池搭載車両に水素を供給する水素ステーションの水素導入ラインおよび水素供給ラインに、本願発明の液化ガス液面センサー素子を導入した。図9は、本願発明における燃料電池搭載車両に供給するための水素導入ラインおよび水素供給ライン、水素ステーションの概念図である。実際には必要な特性を得るための工夫がなされており、そのための具体的な構成を有している。
これにより、従来の機械的、光学的および電気的な方法に比べて、応答速度が80%以上、液面レベルの計測精度が55%以上向上した。
2 MgB超電導層
3 金属芯
4 MgB超電導層
5 金属芯
6 MgB超電導層
7 液化ガス液面センサー素子
8 直流電流源
9 直流電圧計
10 電流リード線
11 電圧リード線
12 液化ガス
13 液化ガス液面レベル
14 MgB超電導層の常電導時の電気抵抗率が金属芯の電気抵抗率の1倍の時の、液化ガス液面センサー素子の電気抵抗率の温度依存性
15 MgB超電導層の常電導時の電気抵抗率が金属芯の電気抵抗率の3倍の時の、液化ガス液面センサー素子の電気抵抗率の温度依存性
16 MgB超電導層の常電導時の電気抵抗率が金属芯の電気抵抗率の5〜100倍の時の、液化ガス液面センサー素子の電気抵抗率の温度依存性
17 液化ガス液面センサー素子
18 直流電流源
19 直流電圧計
20 電流リード線
21 電圧リード線
22 液化ガス
23 液面レベル
24 金属芯
25 MgB超電導層
26 水素供給源
27 固定式あるいは移動式水素ステーション
28 燃料電池搭載車両
Claims (12)
- 金属からなる線状導体の表面の全体または一部に、マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層が長手方向に連続的に配設されており、液面計測時にマグネシウムとホウ素の化合物の液中浸漬部が超電導状態となっていることを特徴とする液化ガス液面センサー素子。
- マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層がマグネシウムとホウ素の2元化合物からなり、MgとBのモル比が、Mg:B=X:Yとして、X=1、Y=1.2〜1.9もしくは2.1〜2.8の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の液化ガス液面センサー素子。
- マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層がマグネシウムとホウ素の2元化合物からなり、MgとBのモル比が、Mg:B=X:Yとして、Y=2、X=0.4〜0.9もしくは1.1〜1.8の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の液化ガス液面センサー素子。
- 液化ガス液面センサー素子の形状を円柱とした場合における円柱の直径が0.04mm〜0.2mmの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の液化ガス液面センサー素子。
- 線状導体の表面に配設されたマグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層の常電導時の電気抵抗率が、線状導体の電気抵抗率の5倍〜100倍の範囲内であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の液化ガス液面センサー素子。
- 液化ガス液面センサー素子の温度300Kでの電気抵抗率をρ(300K)、温度40Kでの電気抵抗率をρ(40K)としたとき、1-(ρ(40K)/ρ(300K))の値が0.5以下であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の液化ガス液面センサー素子。
- マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層が、炭素、ケイ素より選ばれる一種類以上の元素を含むことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の液化ガス液面センサー素子。
- 表面に樹脂が塗布されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の液化ガス液面センサー素子。
- マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層と金属が、同軸状に積層された多層構造を形成し、超電導化合物層同士が片端で短絡していることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の液化ガス液面センサー素子。
- 請求項1から9のいずれかに記載のセンサー素子を具有していることを特徴とする液化ガス液面センサー。
- 燃料電池搭載車両に水素を供給するための水素ステーションで稼動される液化ガス液面センサーであって、センサー素子が、水素導入源から水素ステーションへ水素を導入する導入ラインと、水素ステーションから燃料電池搭載車両へ水素を供給する供給ラインに具備され、ライン内の液体水素の流量を定量することを特徴とする請求項10に記載の水素ステーション対応型液化ガス液面センサー。
- 請求項1から9のいずれかに記載の液化ガス液面センサー素子の製造方法であって、金属からなる線状導体の表面の全体または一部に、マグネシウムとホウ素を含む化合物超電導層を、電気メッキ法により配設することを特徴とする液化ガス液面センサー素子の製造方法。
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